社会经济-生态环境耦合系统动力学模型

为实现生态环境优化调控与科学管理,促进社会经济与生态环境的协调发展,从社会经济系统、生态环境系统以及二者的相互联系定量研究入手,建立了经济系统与生态环境系统相耦合的动力学模型,给出了此模型的一般表达式和耦合计算方法。

长江口及毗邻海域水质和生态动力学模型与应用研究

为系统地实施污染控制和生态保护措施，国家环保总局从2005年起组织开展“长江口及毗邻海域碧海行动计划”调查与研究工作。评估行动计划实施效果，开展海域水质和生态动力学模型研究是十分必要的。在长江口及毗邻海域流场、盐度场、温度场和泥沙场模型的基础上建立了二维水质模型，主要模拟指标为高锰酸盐指数、氨氮、无机氮、无机磷，通过2005年夏季和秋季实测水质资料进行了模型的验证和率定，确定了污染物的综合降解参数。利用二维水质模型进行设计水文条件下33个概化排污口控制污染物的水质响应系数场的模拟计算，为海域容量计算和总量分配奠定了基础。建立了长江口及毗邻海域三维生态动力学模型，利用三维生态模型对应用水质模型计算得出的总量控制方案进行了校验模拟。结果表明：实施全海区功能达标控制方案后，原赤潮易发区叶绿素浓度值显著降低，叶绿素高浓度区域面积基本消失，中高浓度区域的面积也由现状方案约1万km^2减少了90％。

赤潮生态动力学模型初探

我国有害赤潮的发生呈明显上升趋势 ,其发生频率趋高 ,持续时间增长、范围变广、危害扩大、赤潮类型呈多样化。赤潮发生受各种自然环境因素 ,水文、气象、地形地貌以及水体本身物理、化学、生物特性的影响 ,各影响因子之间又有密切的相互联系 ,相互制约关系 ,研究需要涉及多种学科。为了对赤潮问题做更深入的研究 ,必须借助动力学方法综合考虑各种过程以便从整体上探讨赤潮发生、发展的规律。因此 ,人们开始研究建立赤潮生态系统动力学模型。目前 ,赤潮数值模拟研究刚刚起步 ,要对赤潮进行有效的预测预报 ,必须将河口海湾水流运动和水体理化参数变化规律的精确描述和模拟结合起来 ,不仅模拟水生生物生存环境因子 。

长江口南港化学需氧量动力学模型的应用

分析了长江河口南港的化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,即COD)的断面分布实测数据。应用Hydroqual公司的环境生态动力学模型EFDC在长江河口河段建立了三维的化学需氧量动力学预测模型,用此模型得出南港区域的化学需氧量的三维空间分布及其随时间的沿程变化。数值结果显示该区域化学需氧量分布趋势大体为:排污口附近较多,枯水期更为明显;丰水期由于长江径流的稀释作用,其浓度大大降低;将数值模拟的结果和现场观测值进行了对比,表明三维环境生态动力学模型EFDC是基本可行的预测模式。

太湖磷循环的生态动力学模拟研究

构建了太湖水生态动力学模型(CAEDYM),依据已有相关研究成果对模型参数进行了初选,利用2005年的水文、气象、水质等监测数据对模型参数进行了率定,分析了湖泊水体磷的循环机制和沉积物内源磷的释放机制.结果表明,水温和溶解氧的模拟结果与实测数据非常吻合,TP、PO43-和Chl-a的变化趋势也与实测结果基本相同.浮游植物优势种的演替模式表现为:冬季隐藻和硅藻占优势,春季绿藻占优势,夏季和秋季蓝藻占优势;磷的内源释放对太湖磷循环影响的模拟结果表明,在不改变外源输入的情况下,降低底泥中磷的再悬浮作用能够有效降低水体中Chl-a的浓度,但对水体中TP及PO43-的影响较小.

基于三维生态足迹的渭河流域甘肃段可持续发展综合评价与影响因素分析

渭河流域生态系统的稳定和可持续发展是实现黄河流域保护和高质量发展战略的关键。本研究以渭河流域甘肃段为研究对象,采用生态足迹理论和改进的三维生态足迹模型,评估了2005—2020年期间该区域的生态安全状况及其变化趋势。基于此,对渭河流域的生态可持续性以及资源供需平衡进行了综合评价。结果表明,该时段内,渭河流域甘肃段的生态足迹、生态承载力和生态赤字均呈增长趋势,其中生态足迹的增速超过了生态承载力的增速,导致生态赤字持续增加,反映出该地区资源供给不足以满足需求。生态足迹分析的广度与深度均有所增加,反映出该区域存量资本被过度利用,且耕地、林地和建设用地对资源流量的占用水平上升,而水域和草地的占用水平下降。此外,生态足迹的变化受多种因素驱动,包括自然环境、经济增长和社会发展等,其中建成区面积、城镇化率、人均GDP和各产业产值与之正相关。研究还发现,区域土地的生态可持续性已从基本平衡转变为轻度不可持续状态,并且有进一步恶化的趋势。适度人口比例实际人口的比例下降,人口增长空间减小,使得生态可持续性难以稳定保障。本研究为黄河流域保护和高质量发展战略提供了科学依据。

长江河口南支水域溶解氧动力学模型的应用

应用 Netherlands Institute of Ecology(NIOO)的环境生态动力学模型 Femme,在长江河口南支河段建立了 1个一维的溶解氧动力学预测模型。运用此模型得出该区域深解氧和有机物时空分布情况并加以分析 ,结果显示该区域的有机物污染并不严重 ,其分布趋势大体为 :排污口附近污染较多 ,枯水期更为明显 ;丰水期由于长江径流的稀释作用 ,有机物浓度大大降低 ;黄浦江、上海竹园排污口处有机物浓度最大。此结果同各种参考文献中提供的资料和观测值基本一致 ,也基本证实这是 1个可行的预测溶解氧的模式。

水资源复合系统动力学仿真模型研究

基于系统动力学原理与方法,构建了水资源—社会—经济—生态环境的复合系统动力学模型,并以大连市1995～2004年的城市用水、社会经济等统计资料为基础数据进行了模拟和预测。结果表明,模拟值与实际值基本吻合,对实现水资源与社会、经济、生态环境的协调发展具有重要作用。

流域系统动力学模型的全耦合问题研究进展

从系统分析的视角出发,对流域系统动力学建模过程、方法进行总结。综述了国内外系统动力学模型(简称SD模型)在社会经济发展与流域水资源承载力、流域水环境承载和流域水生态承载力耦合关系的研究。从简单的零维模型发展到复杂的社会经济综合模型和OO-SD模型(即Objective-Optimization SD模型),国内SD模型耦合关系研究主要集中在叶尔羌河、洱海、滇池等流域,SD模型在监测、数据共享和模型结构、参数选取和不确定性分析等方面还存在不足,有待改进。

赤潮藻类非线性动力学模型的分岔及稳定性研究

选取两种常见赤潮藻类和一种浮游动物,考虑生态环境的富营养化及赤潮藻类与浮游动物的相互作用,建立了多种群赤潮藻类的非线性动力学模型· 首次运用现代非线性动力学理论,对模型的稳定性及分岔行为进行了研究· 得到了发生Hopf分岔时的分岔参数值,判断了极限环的稳定性。

基于新型研发机构的生态环境科技成果转化模式研究

对于产业升级、区域经济发展而言,新型研发机构的科技成果转化模式有着不可忽视的推动作用,其是直接决定产业、企业创新能力与经济发展的根本力量。针对新型研发机构生态环境科技成果转化模型进行探究,在界定新型研发机构概念的同时,探究新型研发机构科技成果转化背景下的生态环境科技成果转化三维模型,并从转化三维模型使命、结构、行动维度入手,探究全新转化模式的具体策略,以供生态环境研发机构借鉴、参考,继而推动研发机构快速转型,提升科技成果转化效率,为产业、社会经济发展提供有效推动力。

SD-MOP整合模型在秦皇岛市生态环境规划中的应用研究

针对秦皇岛市区的系统特征 ,应用SD MOP整合模型方法对其进行了生态环境系统规划研究 .从该市生态系统的结构和功能模拟入手 ,建立城市生态环境系统动力学模型 .通过模型的原始运行和灵敏度分析 ,寻找出对城市发展影响较大的敏感点及与之相应的参变量 ,以之为核心建立多目标规划模型 ,求解MOP模型 ,获取敏感点最优解集 ;根据模型的解 ,针对具体情况设计模拟运行方案 ,与决策者进行交互 ,取得系统发展的优化规划方案 .并对方案实施后的社会、经济。

基于系统动力学的水资源承载力可持续发展评估——以重庆市为例

水资源承载力的可持续发展不仅是重庆市城市建设及生态安全的基础,也是重庆市社会经济协调发展的关键保障之一。在对重庆市工业状况、人口规模、自然环境进行分析的基础上,将模糊数学隶属度与系统动力学相结合,构建了水资源承载力可持续发展的指标评价体系及系统动力学模型,设计了正常发展、经济优先、环境优先、绿色发展4种水资源承载力情景,并对各方案下的水资源承载力可持续发展能力进行动态评价与仿真预测。研究结果表明:在绿色发展情景下,水中COD含量、固体废弃物存量、废水排放率等负面指标都处于较低的水平;相比其他3种方案,绿色发展模式对于重庆市水资源承载力发展有着更好的普适性与拓展性。因此,在产业结构升级的同时,提高固废处理水平,加大水资源处理技术的投入,加强生态环境建设,降低废水排放率,是重庆市水资源承载力可持续发展的保障。该模型及其评价指标适用性较强,研究结果可为重庆市水资源承载力评价提供理论参考。

阜新煤矿生态环境三维定量评价规范化方法研究

基于环境学、生态学及矿区修复基础理论,从煤矿生态环境定量评价方法、环境评价因子指标体系以及评价等级标准三大模块出发,建立矿山生态环境定量评价规范化方法。根据煤矿生态环境的特点,结合RMMER(Regulation of Multitudinous Mine Ecological Rehabilitation)模式,建立自然禀赋维、生态环境维及人文指数维煤矿生态环境三维定量评价指标体系。通过筛选确定煤矿生态环境两个层次三维体系下的16个指标因子;利用"多手段结合"的原则,确定煤矿生态环境质量等级标准及相应等级阈值。分析辽西阜新矿区煤矿开采状况和生态环境现状,采用信息提取技术定量指标因子;提出利用多次迭代法建立指标因子判断矩阵的方法;建立基于改进式层次分析法(AHP)法确定煤矿生态环境指标权重的阜新煤矿生态环境可拓综合评价模型;通过应用评价,最后对评价结果的客观性与准确性进行分析,给出评价模型的适用性。

基于CT影像的肺动脉及其分支血流动力学数值研究

目的:定量研究肺动脉(PA)内的血流动力学环境,寻求其与肺动脉高压(PAH)发生、发展的关联。方法:结合临床测得的血流动力学参数和CT影像数据,对肺动脉及其分支进行三维重建,获得真实的肺动脉及其分支的三维立体几何结构;针对重建后的肺动脉及其分支的三维几何模型,主肺动脉入口条件采用Womersley脉动速度分布,进行了计算流体力学(CFD)数值模拟,求解了心动周期内肺动脉及其分支内的血流动力学参数,分析了心动周期内不同时期的流场、压力和壁面剪切应力的变化情况,及其对生理过程的影响。结果:仿真计算表明,正常成人在心脏收缩期,主肺动脉及左、右肺动脉分支压力均较舒张期高,收缩期右肺动脉压力明显高于左肺动脉,右叶间动脉压力较左侧高;主肺动脉及左、右肺动脉内的流速有显著性差异,右肺动脉远端流速远大于左肺动脉;在收缩期,右肺动脉分叉前近端血流形成高壁面剪切力场。结论:右肺动脉近端和右叶间动脉是承受压力较大,最早出现改变的阶段,对于早期肺动脉高压的诊断,应着眼于此段动脉的形态及功能改变。

基于SD模型的黄河流域生态环境与社会经济发展可持续性模拟

要实现黄河流域生态保护和高质量发展,需解决流域生态环境与社会经济发展的可持续问题。运用系统动力学方法,构建社会、经济、资源与环境4个子系统,设计维持现状、优先发展社会、优先发展经济、优先节约资源、优先保护环境以及协同发展6个情景,在对不同情景进行模拟仿真的基础上,探寻实现黄河流域生态环境与社会经济可持续发展的最优方案。结果表明:在协同发展情景中,黄河流域的社会经济得到较快发展,总人口和国内生产总值(GDP)于2030年将分别增长10.93%和499.05%;资源的使用效率得到提高,单位GDP水耗和能耗于2030将分别下降78.31%和68.16%;污染物的排放量可有效降低,工业化学需氧量(COD)排放量和工业二氧化硫(SO2)排放量于2030将分别下降80.64%和80.17%。相较于其他情景,协同发展是黄河流域实现生态环境与社会经济可持续发展的最优方案。

山水林田湖草生态修复项目三维成果可视化研究

随着无人机、地理信息系统、建筑信息模型等技术的快速发展,倾斜摄影测量及三维建模技术被广泛应用于国土、城市规划,智慧城市建设等领域。传统的生态修复治理设计一般借助于地理信息系统、计算机辅助设计等二维设计软件进行设计,无法将修复实施方案成果展示出来,虽然现在已有基于建模软件草图大师、地理信息系统等软件进行成果三维可视化的研究,但其仍有三维效果不理想、模型制作工作量较大、设计方案没有集成性等缺点。本次以重庆某矿山生态修复为研究对象,提出了一种生态修复工程三维立体化设计的方案,通过无人机倾斜摄影技术和实景三维建模软件快速建立研究区现状三维实景模型,并应用生态修复4D可视化平台软件(4D EcoPlan)进行快速三维立体化设计和植被恢复效果模拟。该方案不仅具有直观、真实的表现效果,还可以辅助实施方案的编制。本次研究为生态修复项目三维成果可视化提供了新的设计思路和实现途径,为生态修复工程的三维可视化设计有一定的参考意义。

基于MIKE21模型分析综合治理工程对河道水文情势的影响——以福建金溪工程为例

在流域开展综合治理工程规划建设前,为保护水生态和水环境,需要研究综合治理工程对河道水文情势的影响。本研究利用二维水动力学模型MIKE21,以福建金溪建宁河段为研究案例,模拟研究综合治理工程对该河段水文情势的影响,结果发现河段水位增长幅度在0.1~0.3m之间,流速降低幅度在0.4~0.8m/s之间。该研究可为小流域综合治理工程水生态、水环境影响分析评估提供技术思路与方法,支撑流域和区域经济社会高质量发展。

基于生态用水的地下水系统模拟与优化管理模型

通过对地下水系统与生态用水相互作用过程的研究,把生态用水作为重要的用水项目纳入到地下水系统模型考虑范畴,兼顾地下水的经济、环境和生态功能三者统一,在吉林省大安试验区建立了基于生态用水的地下水系统三维模拟与优化管理模型。采用该模型,分别模拟出试验区1998年和1999年地下水系统水资源各项均衡量,并确定了2000年地下水最佳开采利用方案,实现了地下水资源持续高效利用,取得了良好的经济、生态和社会效益。

河南省城市化与生态环境耦合分析

根据城市化与生态环境耦合内涵,在SD方法的支持下建立河南省城市化与生态环境系统动力学模型。根据河南省统计资料,选取5种典型的耦合发展模式对河南省城市化与生态环境进行模拟。结果表明,在不同的模式下,该省城市化与生态环境耦合的结果和情景存在较大差异,5种耦合发展模式都有其显著的比较优势,同时也存在明显的发展缺陷。此外,根据河南省区域城市化与生态环境耦合特性,将全省18个行政市划分为5种耦合类型,表明只有分阶段和分地域推进城市化,才能实现河南省的城市化和生态环境的协调发展。